北邮程序设计绘图程序

2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院1C++程序设计实践第1章绘图程序设计

北京邮电大学信息与通信工程学院

2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-2-第一章绘图程序设计1.1项目分析和设计1.2窗口程序基础知识1.3绘图基础知识1.4绘图程序Draw的实现2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-3-1.1项目分析和设计

2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-4-1.1项目分析和设计需求分析1.功能需求

能绘制由基本图元（点、线、圆、椭圆、文字）组成的各种图形或动画，可以响应鼠标事件（菜单项）。2．界面要求

应用程序提供用户区供绘图使用，用户区可以显示坐标轴、原点等。2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-5-1.1项目分析和设计界面设计

在界面上可设置菜单，布置菜单项，按用户需求完成特定绘图功能，在绘图客户区可以显示坐标轴、原点等。2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-6-1.1项目分析和设计总体设计软件架构2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-7-1.1项目分析和设计总体设计类关系图2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-8-1.2窗口程序基础知识

2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-9-1.2窗口程序基础知识WINDOWSAPI基础1.句柄句柄(handle)是整个Windows编程的基础，用于标识应用程序中不同的对象。比如一个窗口、图标、输出设备或文件，均对应着一个句柄。句柄是指一个对象的标识，而指针是一个对象的首地址。但从实际处理的角度讲，即可以把句柄定义为指针，又可以把它定义为同类对象数组的索引。句柄通常是一个32位的整数（32位计算机系统）。2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-10-2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-11-1.2窗口程序基础知识WINDOWSAPI基础2.事件和消息Windows应用程序是基于事件驱动的，对于每个事件（如鼠标事件，窗口改变事件，定时器事件等），系统都将产生相应的消息。消息会被放入应用程序的消息队列中，然后应用程序将从消息队列中取出消息，最后分发给相应的窗口过程函数进行处理。2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-12-1.2窗口程序基础知识WINDOWSAPI基础2.事件和消息2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-13-1.2窗口程序基础知识WINDOWSAPI基础2.事件和消息2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-14-1.2窗口程序基础知识WINDOWSAPI基础2.事件和消息

对于WindowsAPI应用程序的编写者，他所能看到的是事件的分发（仅一点点）和事件的响应，而事件的响应则是编程的主要工作所在。2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-15-1.2窗口程序基础知识基本的WINDOWS应用程序Winmain（）函数

intAPIENTRYWinMain(HINSTANCEhInstance,//当前实例句柄HINSTANCEhPrevInstance,//前实例句柄LPSTRlpCmdLine,//命令行参数intnShowCmd)//指明窗口如何显示{ MSGmsg; //声明一个保存消息的变量WNDCLASSwndclass;2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-16-//初始化窗口类，并向操作系统注册该窗口类if(!hPrevInstance) {wndclass.style=CS_HREDRAW|CS_VREDRAW;wndclass.lpfnWndProc=ccc_win_proc;//指定窗口函数（消息处理入口）wndclass.cbClsExtra=0;wndclass.cbWndExtra=0;wndclass.hInstance=hInstance;wndclass.hIcon=LoadIcon(NULL,IDI_APPLICATION); //指定窗口类的图标wndclass.hCursor=LoadCursor(NULL,IDC_ARROW); //指定窗口类的光标wndclass.hbrBackground=(HBRUSH)GetStockObject(WHITE_BRUSH);//指定填充窗口背景的画刷wndclass.lpszMenuName=NULL;wndclass.lpszClassName="CCC_WIN";//窗口类名称

RegisterClass(&wndclass); }2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-17-//初始化窗口，生成窗口并显示更新窗口 chartitle[80]; GetModuleFileName(hInstance,title,sizeof(title));//得到当前运行程序的全路径 HWNDhwnd=CreateWindow("CCC_WIN", title, WS_OVERLAPPEDWINDOW&~WS_MAXIMIZEBOX, CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT, GetSystemMetrics(SM_CYFULLSCREEN)*3/4, GetSystemMetrics(SM_CYFULLSCREEN)*3/4, NULL, NULL, hInstance, 0);//用注册的窗口类生成窗口实例//显示窗口 ShowWindow(hwnd,nShowCmd); UpdateWindow(hwnd);//若UpdateRegion不空，则发送WM_PAINT消息2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-18-

while(GetMessage(&msg,NULL,0,0)) //消息循环，对用户操作进行响应 { TranslateMessage(&msg); //将虚拟键消息转换成字符消息，再送入消息队列 DispatchMessage(&msg); //分发消息，将消息队列中消息发送到窗口处理函数 } returnmsg.wParam;}2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-19-1.2窗口程序基础知识基本的WINDOWS应用程序2、窗口过程函数

窗口过程函数是一个对每一个消息都进行处理的函数。其一般形式为带有多个分支的switch结构。通过把传送来的消息和系统中预定义的消息常量进行比较，从而判断消息的类型，执行不同的操作。2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-20-LRESULTCALLBACKccc_win_proc(HWNDhwnd,UINTmessage,WPARAMwParam,LPARAMlParam){ PAINTSTRUCTps; //thedisplay'spaintstruct HDCmainwin_hdc; switch(message) { caseWM_PAINT://窗口刷新消息 mainwin_hdc=BeginPaint(hwnd,&ps);//置UpdateRegion为空 //ccc_win_main(); //调用用户的绘图程序

EndPaint(hwnd,&ps); break; caseWM_DESTROY: PostQuitMessage(0); break;

default://调用默认的消息处理函数,对其他的消息进行处理 returnDefWindowProc(hwnd,message,wParam,lParam); }return0;}2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-21-1.2窗口程序基础知识基本的WINDOWS应用程序3、例1-1编写一个简单的windows程序，只有基本框架代码，没有具体功能。

2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-22-1.2窗口程序基础知识基本的WINDOWS应用程序3、例1-1第一步：建立一个新的工程启动VisualStudio，选择菜单项“文件”，点击“新建---项目”，在弹出窗口中项目类型选择“win32”，继续选择“win32项目”，为项目起名“Draw”。

2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-23-1.2窗口程序基础知识基本的WINDOWS应用程序3、例1-1第一步：建立一个新的工程点击“确定”后，在弹出窗口中进行“应用程序设置”，选择“windows应用程序”，选中“空项目”，然后点击“完成”。

2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-24-1.2窗口程序基础知识基本的WINDOWS应用程序3、例1-1第二步：设置字符集在生成的解决方案名称上，单击鼠标右键，在弹出的菜单条上，选择“属性”2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-25-1.2窗口程序基础知识基本的WINDOWS应用程序3、例1-1第二步：设置字符集在弹出的窗口中，选择“配置属性”=>“常规”，点击“字符集”右侧下拉框选中“未设置”。然后“确定”。2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-26-1.2窗口程序基础知识基本的WINDOWS应用程序3、例1-1第三步：为工程添加源文件/头文件/资源文件。可以新建源文件，把上面WinMain和窗口过程函数的代码复制，也可以直接把本书附带的程序添加到工程里。要记得包含头文件。#include<cstdlib>#include"windows.h"usingnamespacestd;然后就可以编译运行了！2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-27-1.2窗口程序基础知识资源文件Windows资源可以是标准的，也可以是自定义的。标准资源中的数据描述了图标、光标、菜单、对话框、位图和加速键表等。应用程序自定义的资源，则包含任何特定应用程序需要的数据。2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-28-1.2窗口程序基础知识资源文件例1-2增加菜单第四步：为工程添加如下资源文件。//fig.rc#include“resource.h”//MenuIDC_TEST2MENUBEGINPOPUP"&File"BEGIN MENUITEM"时钟", IDM_FIG1 MENUITEM"Fig2", IDM_FIG2 MENUITEM"E&xit", IDM_EXITENDEND2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-29-1.2窗口程序基础知识资源文件例1-2增加菜单第四步：为工程添加如下资源文件。//Resource.h

#defineIDM_FIG1 104#defineIDM_FIG2 105#defineIDM_EXIT 106

#defineIDC_TEST2 1092023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-30-1.2窗口程序基础知识资源文件例1-2增加菜单第五步：消息循环部分需要增加菜单命令消息处理。staticintmenuId=0;

caseWM_COMMAND: wmId=LOWORD(wParam); wmEvent=HIWORD(wParam);

switch(wmId) { caseIDM_FIG1: menuId=IDM_FIG1; InvalidateRect(hwnd,NULL,TRUE); break;

caseIDM_FIG2: menuId=IDM_FIG2; InvalidateRect(hwnd,NULL,TRUE); break;

caseIDM_EXIT: DestroyWindow(hwnd); break; } break;2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-31-1.2窗口程序基础知识资源文件例1-2增加菜单第五步：窗口类注册之前需要添加菜单资源，在RegisterClass(&wndclass);语句之前增加下面的语句。wndclass.lpszMenuName=MAKEINTRESOURCE(IDC_TEST2);然后就可以编译运行了！2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-32-1.3绘图基础知识

2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-33-1.3绘图基础知识图形处理技术GDI图形技术OpenGL技术DirectX技术2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-34-1.3绘图基础知识图形设备接口GDI设备描述表（DeviceContext,DC），用于应用程序和物理设备之间进行交互，它是GDI的关键元素。设备描述表是一种数据结构，它包括了一个设备（如显示器和打印机）绘制属性的相关信息。所有的绘制操作通过设备描述表进行。应用程序不能直接访问设备描述表，只能由各种相关的API函数通过设备描述表句柄来间接访问该结构。

2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-35-1.3绘图基础知识图形设备接口GDI显示器设备描述表，总是与某个窗口或这窗口上的某个显示区域相关。

Windows窗口一旦创建，它就自动地产生了与之相对应的设备描述表数据结构，用户可运用该结构，实现对窗口显示区域的GDI操作，如划线、写文本、绘制位图、填充等，并且所有这些操作均要通过设备描述表句柄来进行。2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-36-1.3绘图基础知识图形设备接口GDI画笔和画刷是最重要的绘图工具，而选用绘图工具进行绘图操作的一般步骤是：（1）获得设备环境句柄；（2）获得绘图工具；（3）在设备环境中选择绘图工具；（4）调用输出函数进行输出；（5）在设备环境中选择原来的绘图工具，并删除新的绘图工具。2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-37-1.3绘图基础知识基本图形绘制（熟悉GDI函数）例1-3在屏幕上画若干个点，并显示一个文本在例1-1的基础上，编写DrawPixels函数，并在消息处理时调用它。caseWM_PAINT: hdc=BeginPaint(hwnd,&ps); DrawPixels(hwnd,hdc); EndPaint(hwnd,&ps);2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-38-1.3绘图基础知识基本图形绘制（熟悉GDI函数）如果要在窗口工作区中绘图，则必须遵守某些规则。每当将WM_PAINT消息发送到应用程序时，就必须重画工作区。这是因为有许多外部事件需要应用程序重新绘制这个窗口——如用户调整了正在绘图的窗口大小，或者是在用户移动另一个窗口以暴露以前隐藏的窗口。caseWM_PAINT: hdc=BeginPaint(hwnd,&ps); DrawPixels(hwnd,hdc); EndPaint(hwnd,&ps);2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-39-1.3绘图基础知识基本图形绘制（熟悉GDI函数）例1-3在屏幕上画若干个点，并显示一个文本voidDrawPixels(HWNDhwnd,HDChdc){ //获得客户区域 RECTr; GetClientRect(hwnd,&r); //设置映像模式 SetMapMode(hdc,MM_ISOTROPIC);

//设置窗口坐标范围 SetWindowExtEx(hdc,100,100,NULL); //设置视口坐标范围 SetViewportExtEx(hdc,r.right,r.bottom,NULL); //客户区背景为黑色 FillRect(hdc,&r,(HBRUSH)GetStockObject( BLACK_BRUSH)); //输出一个文本 TextOut(hdc,50,50,TEXT("TEST"), lstrlen(TEXT("TEST"))); //画20个点 for(inti=0;i<20;i++) SetPixelV(hdc,20+i,20+i,RGB(255,255,255));}2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-40-1.3绘图基础知识基本图形绘制（熟悉GDI函数）2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-41-1.3绘图基础知识基本图形绘制（熟悉GDI函数）例1-4在屏幕上画一个三角形voidDrawTriangle(HWNDhwnd,HDChdc){ //获得客户区域 RECTr; GetClientRect(hwnd,&r);

//设置映像模式 SetMapMode(hdc,MM_ISOTROPIC); //设置窗口坐标范围 SetWindowExtEx(hdc,100,100,NULL); //设置视口坐标范围 SetViewportExtEx(hdc,r.right,r.bottom,NULL); //绘制三角形 Pointp[]={Point(10,10),Point(10,19),Point(22,19)}; MoveToEx(hdc,p[0].get_x(),p[0].get_y(),NULL); for(inti=0;i<3;i++) { if(i==2) {LineTo(hdc,p[0].get_x(),p[0].get_y()); continue; } LineTo(hdc,p[i+1].get_x(),p[i+1].get_y()); }}classPoint{public:Point(doublex1=0.0,doubley1=0.0){x=x1;y=y1;}doubleget_x()const{returnx;}doubleget_y()const{returny;}private:doublex,y;};2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-42-1.3绘图基础知识基本图形绘制（熟悉GDI函数）例1-4在屏幕上画一个三角形在例1-1的基础上，编写DrawTriangle函数，并在消息处理时调用它。caseWM_PAINT: hdc=BeginPaint(hwnd,&ps); DrawTriangle(hwnd,hdc); EndPaint(hwnd,&ps);2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-43-1.4绘图程序Draw的实现基本图元类基类Shape类是抽象类classShape{public: virtualvoidmove(doubledx,doubledy)=0; virtualvoidSetColor(COLORREFmColor)=0;};2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-44-1.4绘图程序Draw的实现基本图元类classPoint:publicShape{public:Point(){x=0.0,y=0.0;}Point(doublex1,doubley1){x=x1;y=y1;}doubleget_x()const{returnx;}doubleget_y()const{returny;}COLORREFget_color()const{returncolor;}

virtualvoidmove(doubledx,doubledy) {x+=dx;y+=dy;}virtualvoidSetColor(COLORREFmColor) {color=mColor;}private:doublex;doubley;COLORREFcolor;};2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-45-1.4绘图程序Draw的实现基本图元类classLine:publicShape{public:Line(){}Line(Pointp1,Pointp2){from=p1;to=p2;}Pointget_start()const{returnfrom;}Pointget_end()const{returnto;}COLORREFget_color()const{returncolor;}

virtualvoidmove(doubledx,doubledy);virtualvoidSetColor(COLORREFmColor) {color=mColor;}private:Pointfrom;Pointto;COLORREFcolor;};voidLine::move(doubledx,doubledy){from.move(dx,dy);to.move(dx,dy);}2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-46-1.4绘图程序Draw的实现基本图元类classCircle:publicShape{public:Circle(){radius=0.0;}Circle(Pointp,doubler){center=p;radius=r;}Pointget_center()const{returncenter;}doubleget_radius()const{returnradius;}COLORREFget_color()const{returncolor;}virtualvoidmove(doubledx,doubledy) {center.move(dx,dy);}virtualvoidSetColor(COLORREFmColor) {color=mColor;}private:Pointcenter;doubleradius;COLORREFcolor;};2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-47-1.4绘图程序Draw的实现基本图元类classMessage{public:Message(){}Message(Points,doublex);Message(Points,conststring&m) {start=s;text=m;}Pointget_start()const{returnstart;}stringget_text()const{returntext;}voidmove(doubledx,doubledy) {start.move(dx,dy);}private:Pointstart;stringtext;};Message::Message(Points,doublex){start=s;charbuf[20];sprintf(buf,"%g",x);text=buf;}2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-48-1.4绘图程序Draw的实现绘图类classGraphicWindow{public:GraphicWindow():_user_xmin(-10),_user_xmax(10),_user_ymin(10),_user_ymax(-10){}//设置窗口坐标voidcoord(doublexmin,doubleymin,doublexmax,doubleymax){_user_xmin=xmin,_user_xmax=xmax;_user_ymin=ymin,_user_ymax=ymax;}//清除窗口voidclear();

2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-49-//显示一个点GraphicWindow&operator<<(Pointp);//显示一个圆GraphicWindow&operator<<(Circlec);//显示一条线GraphicWindow&operator<<(Lines);//显示一个文本串GraphicWindow&operator<<(Messaget);//打开一个窗口voidopen(HWNDhwnd,HDCmainwin_hdc);

private://逻辑到设备x坐标转换intuser_to_disp_x(doublex)const;//逻辑到设备y坐标转换intuser_to_disp_y(doubley)const;//设备到逻辑x坐标转换doubledisp_to_user_x(intx)const;//设备到逻辑y坐标转换doubledisp_to_user_y(inty)const;2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-50-//画一个点voidpoint(doublex,doubley,COLORREFmColor);//画一条线voidline(doublexfrom,doubleyfrom,doublexto,doubleyto,COLORREFmColor);//画一个椭圆voidellipse(doublex,doubley,doublera,doublerb,COLORREFmColor);//图形方式输出一个文本串voidtext(stringt,doublex,doubley);

//逻辑坐标double_user_xmin,_user_xmax,_user_ymin,_user_ymax;

//设备坐标（像素为单位）int_disp_xmax,_disp_ymax;//设备环境句柄HDC_hdc;};2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-51-1.4绘图程序Draw的实现例1-7绘制一个能够实时走动的时钟：表盘是黑色的，时针红色，分针绿色，秒针黄色，表盘上的时钟点为白色。2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-52-#include"ctime"#include"cmath"#include"cstdlib"#include"Resource.h"#include"ccc_shap.h"#include"ccc_msw.h"

#definePI3.1415926GraphicWindowcwin;

voidmclock(){ Shape*pShape;

cwin<<Message(Point(-2,7),"会走动的时钟");

2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-53- /*画表盘*/ intradius=6; Pointorg(0,0); pShape=&org; pShape->SetColor(RGB(255,255,255));//白色 cwin<<org; CircleclkPlate(org,radius); pShape=&clkPlate; pShape->SetColor(RGB(0,0,255)); //蓝色 cwin<<clkPlate;

doublex,y,x_s,y_s,x_m,y_m,x_h,y_h; inti; for(i=0;i<12;i++) { x=0.9*radius*sin(PI*i/6); y=0.9*radius*cos(PI*i/6);

PointmPoint(x,y); pShape=&mPoint; pShape->SetColor((RGB(255,255,255))); cwin<<mPoint; }

2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-54- structtmlocal; time_tt; //获取系统日历时间 t=time(NULL); //将日历时间转化为本地时间 localtime_s(&local,&t);

x_s=0.89*radius*sin(PI*(local.tm_sec)/30); y_s=0.89*radius*cos(PI*(local.tm_sec)/30);

x_m=0.7*radius*sin(PI*(local.tm_min)/30); y_m=0.7*radius*cos(PI*(local.tm_min)/30);

x_h=0.5*radius*sin(PI*(local.tm_hour)/6); y_h=0.5*radius*cos(PI*(local.tm_hour)/6);

2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-55- *画表针*/ PointhEnd(x_h,y_h),mEnd(x_m,y_m),sEnd(x_s,y_s); LinehLine(org,hEnd),mLine(org,mEnd),sLine(org,sEnd);

hLine.SetColor((RGB(255,0,0))); //红色 mLine.SetColor((RGB(0,255,0))); //绿色 sLine.SetColor((RGB(255,255,0))); //黄色 cwin<<hLine<<mLine<<sLine<<org;}2023/2/5北京邮电大学信息与通信工程学院-5